Курсовая работа по дисциплине: «Физика и химия горючих ископаемых» На тему: «Переработка каменноугольной смолы, полученной при коксовании»

2.2 Фазовые равновесия жидкость - твердое в системах, образованных компонентами каменноугольной смолы

Известно, что многие компоненты каменноугольной смолы образуют сложные структуры диаграмм фазового равновесия жидкость - твердое, имеющие твердые растворы, эвтектики и перитектики. Для того чтобы оценить возможности использования процессов кристаллизации для разделения каменноугольной смолы и ее фракций, необходимо знать структуры фазовых диаграмм жидкость - твердое в системах, образованных компонентами разделяемой смеси. Рассмотрим несколько типов диаграмм состояния бинарных систем жидкость - твердое с твердыми растворами. Известно пять типов диаграмм состояния бинарных систем, в которых при кристаллизации из расплава выделяются не чистые компоненты, а твердые растворы. Эти пять типов принято называть диаграммами Розебома: из них три типа диаграмм состояния систем с безграничной растворимостью, как в твердом, так и в жидком состоянии и два типа диаграмм, когда растворимость в твердом состоянии ограничена.

.Диаграмма состояния с непрерывным рядом твердых растворов
В этих системах компоненты в твердом состоянии неограниченно растворимы друг в друге.



Рис. 4 - Фазовая диаграмма «состав - температура» бинарной системы с непрерывным рядом твердых растворов

На рис.4 представлена фазовая диаграмма «состав - температура» бинарной системы с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

Верхняя линия на диаграмме - ликвидус, кривая затвердевания жидкости, определяет состав жидкого раствора. Нижняя линия - солидус, кривая плавления твердого раствора, определяет состав твердых растворов, находящихся в равновесии с жидким раствором.
Диаграмма состояния с непрерывным рядом твердых растворов с максимумом температур



Рис. 5 - Фазовая диаграмма «состав - температура» бинарной системы с непрерывным рядом твердых растворов с максимумом температур

На рис.5 представлена фазовая диаграмма «состав - температура» бинарной системы, имеющей непрерывный ряд твердых растворов с максимумом температур.

. Диаграмма состояния с непрерывным рядом твердых растворов с минимумом температур



Рис. 6 - Фазовая диаграмма «состав - температура» бинарной системы с непрерывным рядом твердых растворов с минимумом температур
На рис.6 представлена фазовая диаграмма «состав - температура» бинарной системы, имеющей непрерывный ряд твердых растворов с минимумом температур.
. Диаграмма состояния перитектического типа



Рис. 7 - Фазовая диаграмма «состав - температура» бинарной системы с перитектикой

На рис.7 представлена фазовая диаграмма «состав - температура» бинарной системы перитектического типа. При температуре Т3 жидкость состава Р находится в равновесии с твердыми растворами составов Н и Г. Однако жидкость состава Р не может быть полу- чена смешением этих твердых растворов, так как точка Р находится вне отрезка НГ. Поэтому имеем процесс, при котором твердая фаза состава Г растворяется в жидкости Р, а твердая фаза Н выкристаллизовывается. Ниже температуры Т3 твердый раствор J находится в равновесии с твердым раствором G. Жидкость, отвечающая точке Р, называется перитектической (переходной) точкой.

Перитектический процесс может протекать не только в двойных, но и в более сложных системах. Перитектикой вообще (при любом числе компонентов) называется жидкий раствор, который может находиться при данном давлении и температуре в равновесии с твердыми фазами, число которых равно числу компонентов системы. В зависимости от числа компонентов эти точки называются двойной, тройной и т.д. перитектикой. При охлаждении такой системы всегда будет выделяться либо твердый раствор компонента 1 в компоненте 2 (G), либо твердый раствор компонента 2 в компоненте 1 (J).
Диаграмма состояния эвтектического типа



Рис. 8 - Фазовая диаграмма «состав - температура» бинарной системы с эвтектикой

На рис.8 представлена фазовая диаграмма «состав - температура» бинарной системы эвтектического типа. При температуре Т3 жидкость состава Е находится одновременно в равновесии с твердым раствором G состава Н и с твердым раствором J состава Г. Температура Т3 - эвтектическая температура, а состав жидкости Е отвечает эвтектическому составу. При снижении температуры в равновесии будут находиться твердые растворы J и G. В эвтектической точке число фаз равно числу компонентов системы, и при снижении температуры выделяются одновременно обе фазы.

Мы рассмотрели основные типы фазовых диаграмм равновесия жидкость - твердое бинарных систем, образующих твердые растворы. Компоненты каменноугольной смолы имеют очень сложные структуры фазовых диаграмм жидкость - твердое, образующие одну или несколько нонвариантных точек. В настоящее время накоплен огромный банк данных по фазовым равновесиям жидкость - твердое в системах, образованных компонентами каменноугольной смолы. Анализ кристаллизационных диаграмм (диаграмм фазового равновесия жидкость - твердое) позволяет определить принципиальную возможность получения тех или иных веществ методами кристаллизации [4].